在用變頻扶梯抱閘控制電路的設計安全隱患

上周我司組織XX市電梯維修實操比賽中，某一故障點所表現出來的故障現象，讓人著么不透。更讓我意外的是，身邊沒人對此現象提出異議，要麼選擇性忽視，要麼認為這是毫無爭議的正常現象。深思熟慮過後，覺得非常有必要表明下自己的看法，如下：抱閘控制電路的觸發條件與電機變頻啟動控制銜接的過程，存在某個設計安全的問題，這往往被電路設計者給忽略。以此文論述自己的觀點，並改進設計電路來達到預防安全隱患，甚至提高扶梯安全性能的目的。

如圖是某大品牌扶梯（這次比賽用梯）的變頻驅動電路，控制電路和制動器控制電路的電氣原理接線圖，其中10VX，15B，22分別代表變頻控制接觸器，工作制動器接觸器，三角型接觸器。11,12是工頻上下運行接觸器（本文不予考慮）。電梯變頻啟動時，按照程序設定好的順序先後動作（只考慮三者的順序關係）：22三角形接觸器先吸合保持動作狀態，微機再得到方向運行信號後，10VX變頻輸出接觸器吸合，最後是15B抱閘控制接觸器吸合。其中的重點是變頻接觸器10VX的吸合是在抱閘控制接觸器15B的前面吸合動作。這是本文觀點的重要依據。

先從程序設計者的角度去理解這個順序關係：10VX變頻輸出接觸器的動作有效信號在微機上反饋確認後，就已表明了電機處於啟動狀態和滿足啟動條件。這與抱閘動作信號沒有關係。有人說：「抱閘都沒有打開，怎麼會滿足啟動條件呢？」注意，本文一定說的是變頻模式下的電機啟動條件，根據變頻器的輸出特性變頻器通過改變電壓和頻率使電機從零速加到額定速度，並可以在零速和額定速度間平滑的轉換。這裡的「零速」並不代表變頻器沒有工作輸出，在零速啟動或零速保持時，電機也是有負載轉矩的，即使扶梯處於空載狀態（負載為零）也不例外。有負載轉矩就有啟動預備轉矩與之相平衡，即使轉矩大小都為零。所以零速啟動，首先要使變頻器有工作輸出信號，也就是變頻輸出接觸器要吸合動作，它是與電機溝通傳遞力矩的橋樑，以便提供給電機一個預轉矩，其觸點的狀態一定是閉合接通的，即使這個轉矩趨近與零。所以10vx變頻輸出接觸器必然在15B抱閘控制接觸器之前動作。如果15B在10VX前先動作，電機就處於了失勢狀態！即使是一瞬間，即使是沒有負載，這也是一個危險狀態，可能向不安全的趨勢發展！打個形象的比方，變頻器就好比控制賽馬的人，繩子是抱閘制動器。還沒起跑，就先把繩子給松完了，如何能安全平穩的起步呢！這兩者的邏輯上的先後關係容易混淆，不能搞錯。

「既然程序設計順序上都沒有問題，會存在與其電路控制相關的安全隱患嗎？」先讓讀者充分理解這個重要依據，才好深入本質，去發現問題所在。

下面就開始從人為設置的故障斷點著手，由淺入深，從電氣設計角度分析存在的安全隱患，以及如何去改進避免它。

將控制電路（圖二）中直接控制10VX變頻輸出接觸器的線胞的任意一個觸點斷開，使線胞無法得電動作。「設置這個故障斷點，扶梯電動機及其抱閘裝置在啟動過程中表現出來的現象應該是怎樣的呢？」順著故障點按照電氣原理圖分析，變頻迴路由於10VX接觸器無法吸合，電機就不會通電，10VX的不吸合信號會反饋至計算機報對應的故障代碼並執行保護。於是就無法進行啟動程序的後續步驟，15B抱閘接觸器就無法動作，抱閘肯定也就無法打開。這符合程序安全設計的邏輯順序關係，也是故障排查的正確思路。

然而，實際的故障現象卻是抱閘線圈得電了，制動器打開之後才報故障停機。依據實際故障現象，同樣按照故障排查的分析思路，來縮小故障範圍。現象是抱閘可以打開，根據前文的重要依據，可以推斷出電機本身一定滿足啟動條件，只是換了個說法而已。於是，這就變成了一個不正常的故障現象，按這個分析故障現象的思路，10VX接觸器的控制線路是不可能一直斷開的，這是什麼原因呢？難道程序設計的10vx和15B接觸器的邏輯先後關係出現了紊亂錯誤？難道故障斷點10vX虛接了信號接通一瞬間使15B動作後，10VX再斷開？變頻模式下唯一存在的故障斷點，就已足夠證明，答案是否定的。

問題究竟出在哪呢？接下來，再進一步深入分析問題和現象的實質，幫助讀者真正理解。故障斷點沒有問題，按現象排查故障的思路也沒有問題，這個矛盾存在的真正原因主要有兩個，第二個原因是最主要的，但須把第一個原因分析透徹：

第一個原因是程序掃描周期長於電氣開關（線胞與其觸點）的反映時間

假設程序掃描周期是Ts=200毫秒，電氣線胞動作時間為Tm=50毫秒，Ts小於Tm，在程序運行的第一個掃描周期內，輸出繼電器觸發10VXA和15BA先後動作，在第二個掃描周期到來前，15B接觸器繼電器線胞已經動作了，而在後一個掃描周期10VX未動作的信號才被檢測到，之後才觸發電機保護停止，這期間制動器線圈就已經動作了。這是從微觀角度按程序設計順序分析的，但從宏觀現象來看，邏輯關係卻是錯誤的。（需好好理解，不在進一步解釋）

通過縮短採樣掃描周期，使周期時間儘可能的小於電氣電路開關的反應時間，是可以避免文中故障所產生的奇怪現象的，但這對軟硬體有很高的要求，這裡也不再做深究。

第二個原因，電氣線路設計問題

如果將圖三中22三角形接觸器的常開觸點取消，另外用一個10VX接觸器的常開觸點來替換，問題就迎刃而解了。這要怎麼去理解呢，解鈴還須繫鈴人，替換後就可以通過變頻輸出接觸器本身來實現對抱閘控制器的控制。有點像控制論中負反饋的思想（扯遠了），再通俗一些，其實工頻啟動時電路就是按這麼個設計思路。這樣設計的目的是，從電氣線路本身著手避免抱閘接觸器15B先於變頻輸出接觸器10vx動作。如果圖中電路按照這樣的方式設計，就不會出現奇怪的不正常的故障現象。徹底避免不正常的故障現象的同時故障排查的思路就不會產生歧義。

把第二個問題解決了，即時第一個問題存在，也不會出現抱閘打開的現象。第一個問題存在，第二個問題不解決，文中矛盾現象會依然存在。那麼程序掃描周期長於電氣開關的反映時間是次要原因，電氣線路設計的問題才是主要原因。

三，存在的設計安全隱患（簡述）

最後談談，安全設計的原則了。我們可以通過故障現象，從側面反映電梯的安全性能，安全隱患也能從故障現象來分析，前文分析我們知道，在10VX變頻輸出接觸器沒有動作的情況下，如果15B接觸器先動作使抱閘線圈打開，這就相當於電機脫離變頻器的控制，抱閘也沒有抱住電機。使其處於不安全的非制動狀態，在這個狀態下，電機存在不可控制的風險。即使負載為零，即時這個安全隱患僅存在於抱閘打開至釋放保護的瞬間。我們也不能忽略它的存在。電氣設計的原則就是儘可能的降低所存在的風險，並在設計時儘可能多一道保護。沒有絕對的安全，只有相對的安全，安全之行始於設計，其最終目的就是將危險化於無形之中。

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